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C++的非侵入式接口

终于写到c++的非侵入式接口了,兴奋,开心,失望,解脱,…… 。在搞了这么多的面向对象科普之后,本人也已经开始不耐烦,至此,不想做太多阐述。

虽然,很早就清楚怎么在c++下搞非侵入式接口,但是,整个框架代码,重构了十几次之后,才终于满意。支持给基本类型添加接口,好比intcharconst char*double;支持泛型,好比vectorlist;支持继承,基类实现的接口,表示子类也继承了对该接口的实现,而且子类也可以拒绝基类的接口,好比鸭子拒绝基类鸟类“会飞”,编译时报错;支持接口组合;……,但是,这里仅仅简单介绍其原理,并不涉及C++中各种变态细节的处理,C++中,但凡是要正儿八经的稍微做点正事,就要面临无穷无尽的细节纠结。

先看看其使用例子:

1、自然是定义一个接口:取之于真实代码片段

    struct IFormatble
    {
        static TypeInfo* GetTypeInfo();
       
virtual void Format(TextWriter& stream, const FormatInfo& info) = 0;
        
virtual bool Parse(TextReader& stream, const FormatInfo& info)
        {
            PPNotImplement();
        }
    };

2、接口的实现类,假设为int添加IFormatble的接口实现,实际代码肯定不会这样对一个一个的基本类型来写实现类的代码。这里只是为了举例说明。类的名字就随便起好啦,

    struct ImpIntIFormatble : IFormatble
    {
        
int* mThis;    //这一行是关键
        virtual void Format(TextWriter& stream, const FormatInfo& info)override
        {}

        
virtual bool Parse(TextReader& stream, const FormatInfo& info)override
        {}
    };

这里的关键是,实现类的字段被规定死了,最多只能包含3个指针成员字段,且第1个字段一定是目的类型指针,第二是类型信息对象(用于泛型),第三是额外参数,次序不能乱。成员字段如果不需要用到第二第三个成员字段数据,可以省略不写,好比这里。所有接口实现类必须遵守这样的内存布局;

3、装配,将接口的实现类装配到现有的类上,以告诉编译器该类对于某个接口(这里为IFormatble)的实现,用的是第2步的实现类ImpIntIFormatble

PPInterfaceOf(IFormatble, int, ImpIntIFormatble);

 

4、将实现类注册到类型信息的接口实现列表中,这一步可以省略,只是为了运行时的接口查询,相当于IUnknownQuery。这一行代码是在全局对象的构造函数中执行的,放在cpp源文件中

RegisterInterfaceImp<IFormatble, int>();
然后就可以开开心心地使用接口了,比如
            int aa = 20;
            TextWriter stream();
            FormatInfo info();
            TInterface
<IFormatble> formatable(aa); //TInterface这个名字过难看,也没办法了
            formatable
->Format(stream, info);
            
double dd = 3.14;
            formatable 
= TInterface<IFormatble>(dd);    //假设double也实现IFormatble
            formatable->Format(stream, info);

是否有点神奇呢?其实也没什么,不过就是在trait和内存布局上做文章,也就只是用了类型运算的伎俩。考察ImpIntIFormatble的内存布局,对于普遍的c++编译器来说,对象的虚函数表指针(如果存在的话),都放在对象的起始地址上,后面紧跟对象本身的成员数据字段,因此,ImpIntIFormatble的内存布局相当于,

struct ImpIntIFormatble
{
    
void* vtbl;
    
int* mThis;
};

 

注意,这里已经没有继承了。这就是,实现了IFormatble 接口的ImpIntIFormatble对象的内存表示。因此,可以想象,所有的接口实现类的内存布局都强制规定为以下形式:

    struct InterfaceLayout
    {
        
const void* mVtbl;
        
const void* mThis;            //对象本身
        const TypeInfo* mTypeInfo;    //类型信息
        const void* mParam;    //补充参数,一般很少用到
    };

当然,如果编译器的虚函数表指针不放在对象起始地址的话,就没法这么玩了,那么非侵入式接口也无从做起。然后,就是TInterface了,继承于InterfaceLayout

    template<typename IT>
    
struct TInterface : public InterfaceLayout
    {
        typedef IT interface_type;
        static_assert(is_abstract
<IT>::value, "interface must have pure function");
        static_assert(
sizeof(IT) == sizeof(void*), "Can't have data");
    
public:
        interface_type
* operator->()const
        {
            interface_type
* result = (interface_type*)(void*)this;
            
return result;
        }
        
    };

不管怎么说都好,TInterface对象的内存布局与接口实现类的内存布局一致。因此操作符->重载函数才可以粗暴的类型转换来顺利完成。然后构造TInterface对象的时候就是强制获取ImpIntIFormatble对象的虚函数表(也就是其起始地址的指针数据)指针赋值给InterfaceLayoutmVtbl,进而依次把实际对象的指针放在mThis上,获取到类型信息对象放在mTypeInfo中,如果有必要搭理mParam,也相应地赋值。

然后,就是template<typename Interface, typename Object>struct InterfaceOf各种特化的运用而已,就不值一提了。

由于c++abi没有统一标准,并且,c++标准也没有规定编译器必须用虚函数表来实现多态,所以,这里的奇技淫巧并不能保证在所有平台上都能够成立,但是,非侵入式接口真是方便,已经是本座写c++代码的核心工具,一切都围绕着非侵入式接口来展开。

原本打算长篇大论,也只有草草收场。之后,本座就解放了,会暂时离开cppblog很久,计划中的内容,消息发送,虚模板函数,字符串,输入输出,格式化,序列化, locale,全局变量,模板表达式,组合子解析器,allocator,智能指针,程序运行时,抽象工厂访问者等模式的另类实现,以求从全新的角度上来表现C++的强大,也只能中断了。








posted on 2017-07-15 17:01 华夏之火 阅读(656) 评论(2)  编辑 收藏 引用 所属分类: c++技术探讨

评论

# re: C++的非侵入式接口 2017-07-17 11:03 天下

cppblog人气不旺啊,
csdn还不错,
现在都懒的写blog了,唉.
  回复  更多评论   

# re: C++的非侵入式接口 2017-07-28 09:43 万连文

确实没必要在普及这些知识了,时代变了。虽然道理不会变,但是谁有在意这些呢?  回复  更多评论   


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